Los comienzos
EL acceso se define TDDA y FDDA, ambos con modulación OFDM. Respecto al usuario, se definen la interfaz de aire de los UE con Multi-User Multiple Input Multiple Output (MU‐MIMO). Otra virtud es la implementación de accesos con agregación de portadoras usando un Ancho de Canal (BW) hasta de 100 MHZ en el DW. Otro elemento como los de gestión del handover distribuido y más cercano al acceso que se desea optimizar para reducir el retardo, con esto se dan las luces de las Redes Autoorganizadas (SON self-organizing networks) mediante Redes Definidas por Software (SDN) y Las Funciones Para Virtualización de Redes en la Nube.
Basaremos nuestras referencias en la especificación 3GPP TR 25.913, la cual realiza varias observaciones respecto al proceso de evolución que conlleva a la UTRAN hacia la E-UTRAN que pasamos a detallar.
Mayor rendimiento del canal RF, se agregan las facilidades Agregación de Portadora (CA) acceso vía MIMO en el DL que podríamos alcanzar los 100 Mbps con un canal de 20MHz (5 bps/Hz) y un UL de 50 Mbps (2,5 bps/Hz). Hoy contamos con diversas tecnologías de accesos con rendimientos como se muestra en Tabla 1. En el acceso FDDA/TDDA soporta canalizaciones con capacidades de Ancho de Banda de 1.4, 3, 5, 10, 15 and 20 MHz que se resumen en diferentes servicios como se muestra en Tabla 1 y en Tabla 2 Rendimiento Canal RF.
Latencia del Plano U, debe ser menor a 5 mseg, ya que los retardos provocan caída de forma exponencial el rendimiento en el canal RF.
En octubre del 2010 se incorporan las especificaciones ITU-R WP5D que describen las recomendaciones UIT-R M.2012 (IMT-Avanzadas), dando inicio la REL 10. Los UE/MS se vuelve agnóstico al acceso, independizándose del medio E-UTRAN/UTRAN y comienzan a compartir el CN mediante las Redes de Paquetes de datos (PDN) como se grafica en la figura 3. También se han incorporado optimizaciones desde el punto de handover, al incorporar reportes de radio mejorados. En el RELL 11, se incorporan las facilidades de soporte de red basada en posicionamiento, Servicio de conectividad Continua, localización de información para el Servicio de Multimedia Broadcast/Muticast (MBMS) y mejoras en la gestión de interferencia de canales TDDA/FDDA, Capacidad de CA con los HeNB (Home eNB) y bandas adicionales para CA:
• LTE-A CA Banda 3 y Banda 7
• LTE-A CA Banda 4 y Banda 17
• LTE-A CA Banda 4 y Banda13
• LTE-A CA Banda 4 y Banda 12
• LTE-A CA Banda 5 y Banda 12
• LTE-A CA Banda 20 y Banda 7
• LTE-A CA Banda 2 y Banda 17
• LTE-A CA Banda 4 y Banda 5
• LTE-A CA Banda 5 y Banda 17
• LTE-A DL FDD Banda 716-728MHz
• LTE E850 Banda Inferiores para la región 2 (no aplica en USA)
Con el REL 12 en septiembre del 2013 aparece la definición de Selección de Red de Acceso o su sigla en ingles Access Network Discovery and Selection (ANDSF), que permiten el uso de redes para transportar el tráfico de desborde u offloading, como son las WLAN (Wi-Fi IEEE 802.11n/ac/ad/aj) y/o WiMAX (IEEE 802.16e) al EPC, quedando definido finalmente en el 3GPP TR 23.890.
Para los servicios de datos y señalización del eNb al EPC se realizan vía interfaz ´S1´, donde conviven los elementos definidos en el 3GPP TS 23.401, como la Entidad Administradora de la Movilidad y Control (MME), con su protocolo de señalización SCTP [SCTP], controla el plano de la movilidad, principalmente para el handover. También la seguridad de los accesos a la E-UTRAN, realizando el seguimiento del UE para su posterior reporte de uso. Para este caso, el controlador MME, obtiene datos de usuarios del Servidor Suscripción o Home Subscriber Server (HSS) quien entrega soporte a la función de movilidad, llamadas y configuración de servicio en conjunto con autentificación, autorización al acceso a nivel de usuarios. En esta misma interfaz S1, tenemos la conectividad al EPC, pero a nivel L3 vía protocolo IP con el Puerto de Servicios (S-GW), que realiza la conectividad a nivel IP entre el UE/MS y la Puerta de Red de Paquetes de Datos o sus siglas Geatewey Packet Data Network (PDN GW) quien es la frontera entre el EPC y redes IP externas (Internet). La suscripción de un MS/UE es validada por la Red Móvil Terrestre Publica o sus siglas en inglés Public Land Mobile Network (PLMN) a través del proceso de establecimiento de Acceso a Red vía Conectividad IP (IP-CAN) para HSS, queda definido en el 3GPP TS 23.060 [3], 3GPP TS 23.401 [77] and 3GPP TS 23.402 [78].
Otra característica es la creación del alojamiento de UE a unidades eNB (o HeNB), que permite entregar conectividad IP de forma local y mantener la conectividad hacia el HSS, de esta forma entregar los servicios de red al UE a pesar de que este tiene un plan de direccionamiento asociado a la red Local como se grafica en la Figura 4.
En REL 14 son agregadas nuevas funciones y mejoras que se detallan
Ejemplos de mejoras en ámbito RAT
Mejoras Asignaciones Proximidad de Servicios (13, 14)
Internet de las Cosas RATs (NB-IoT, enhanced LTE, EC-GSM-IoT)
Mejoras en accesos LTE-A CA(13, 14)
Soporte de Servicios de Vehículo a Vehículo basados en LTE sidelink (14)
Promueve el lanzamiento def LTE y eMBMS (13, 14)
Ejemplos de Mejoras a Nivel de Sistemas
Sistema Celular Mejorados para IoT (13)
CN Dedicado (13) y eCN Dedicado (14)
Separación del Plano Control y el Plano Usuarios (14)
Soporte para Funciones de Virtualización (VNF) en lo que respecta a Operación y Mantenimiento (O&M)) (14)
Soporte para aplicaciones de Misión Crítica en Banda Ancha (BB) – Misión – Video y Datos (14)
Evolución comercial
Se describe la evolución comercial existente
Se completa conjuntos de necesidades comerciales junio del 2018 /Rel15 (eMBB)
En julio del 2020/REL16 para el IMT 2020, se definen casos de uso y requerimientos de clientes (Massive IoT, URLCC, V2V)
Basaremos nuestra referencia a partir de los escenarios planteados por el 3GPP TR 38.913 y en los reportes de ITU-R M.2410 por el IMT-2020, relativos a las técnicas de mejoras en el rendimiento de las Tecnologías de las Radio Interfaces (RAT) para incorporar Mejoras en los acceso Banda Ancha Movil (eMBB), se crean facilidades para los Tipos de Comunicación Masiva de Maquinas (mMTC), principalmente para atender servicio del tipo telemetría y telecontrol (IoT Internet to thing) y la Comunicación Ultra disponible con Baja latencia o su siglas en ingles Ultra-Reliable and Low Latency Communications (URLLC) definidas según el 3GPP TR 22862.
Se incorporan Nuevas Tecnologías de Radio (NR), como son las denominadas Small cell Network (SCN) y los LPN Low power node, enfocados optimizar el uso de infraestructura.
- Incorporación de tecnologías de 3D-Haz Dirigido (3D-BF)
- Sistema de Antenas Activos (SAA)
- Masivo MIMO
- El modelo deberá basarse en sincronismo en espacio, tiempo y frecuencia
- Soporte canales ampliados hasta en un 10% de su frecuencia de portadora.
- Velocidad de Vehículo [500] km/h.
El funcionamiento conjunto TDD-FDD, la conectividad dual y TDD dinámico también pueden mejorar la flexibilidad del espectro. Se adjunta Tabla 2 de Evolución del Rendimiento desde REL 9 la REL 15
Tabla 2 de Evolución del Rendimiento desde REL 9 la REL 15
| Tecnología | 4G LTE | LTE-A | 5G REL 15 | 5G mmW |
| Espectro | 2600 Mhz | 2600/1900/ 700 Mhz | 3500 Mhz | 24-28 Ghz |
| BW | 20 MHz | 50 MHz | 100 Mhz | 800 MHz |
| Velocidad Máxima | 150 Mbps | 600 Mbps | 2 Gbps | 20 Gbps |
| Eficiencia RAT | 2 bps/Hz | 2 bps/Hz | 3-12 bps/Hz | 3-12 bps/Hz |
| Velocidad de Servicios | 40 Mbps | 100 Mbps | 0.25-1 Gbps | 2-10 Gbps |
Tecnologías de red
Las futuras IMT necesitarán nodos de red más flexibles, que sean configurables con arreglo a la arquitectura de las redes definidas por software (SDN) y la virtualización de funciones de red (NFV) a los efectos de lograr un procesamiento óptimo en las funciones del nodo y mejorar la eficiencia operativa de la red.
Gracias al funcionamiento centralizado y colaborativo del sistema, la RAN en la nube (C-RAN) engloba los recursos de la banda base y de procesamiento en capas superiores para formar un conjunto, de modo que dichos recursos se puedan gestionar y atribuir dinámicamente por solicitud, mientras que las unidades radioeléctricas y las antenas se despliegan de manera distribuida.
La arquitectura de la red de acceso radioeléctrica (RAN) debe admitir una gran variedad de opciones para los tipos de coordinación entre células. La tecnología avanzada de red auto organizada (SON) es un ejemplo de solución que permite a los operadores mejorar la eficiencia OPEX de la red multi-RAT y multicapa, satisfaciendo a la vez el creciente caudal que requiere el abonado.
SDN, NFV y C-RAN: características
El ahorro en ancho de banda y la mejora de la eficiencia de la transmisión es la tendencia del servicio de multidifusión y radiodifusión de multimedios evolutivo (eMBMS). La conmutación dinámica entre la transmisión unidifusión y multidifusión puede tener sus ventajas
El Informe UIT-R M.2376 explica la viabilidad técnica de la IMT en las frecuencias comprendidas entre 6 y 100 GHz. Incluye información sobre posibles nuevos sistemas y tecnologías radioeléctricas para las IMT, adecuados para funcionar en esta gama de frecuencias
El Informe describe soluciones basadas en MIMO y en la conformación del haz con numerosos componentes de antena, que compensan la creciente pérdida por propagación con la frecuencia; estas soluciones son cada vez más viables gracias a la explotación de soluciones de antena a escala de circuito integrado y a disposiciones de antena modulares adaptativas que no requieren ADC/DAC en cada componente de antena. Se está investigando la viabilidad de fabricar transmisores y receptores comerciales que funcionen en estas frecuencias, como lo demuestra la disponibilidad de sistemas inalámbricos comerciales multigigabit (MGWS) de 60 GHz y las actividades con prototipos que ya han comenzado a frecuencias tales como 11, 15, 28, 44, 70 y 80 GHz.
Se incorporan los requerimientos tecnologías de radio (TR) para la Movilidad con comunicación de Vehículo a Vehículo (V2X) en las 3GPP TSG-SA WG1 Meeting #76-bis S1-170313, donde se detallan requerimientos asociado a los retardo menos a 10 seg entre un grupo de UE que soporte aplicaciones V2X, 25 mseg en otras aplicaciones y solo 30 mseg para aplicaciones brodacast que soporte V2X y respecto a la disponibilidad se deberá soportar sobre un [99.99] % en un rango de 80 metros del RAT más próximo.
Se incorporan al RAT en bandas licenciadas en 5.8 Ghz donde exista 120 Mhz de espectro Disponible para LTE-U, según 3GPP RP-151606. Adicional se incorporan RAT para bandas superiores a los 100 Mhz. El impacto de los UEs sobre la E-UTRAN deberá ser minimizado soportado solamente 5G RAT(s) basados en comunicación V2X, para ellos existen en desarrollo sistemas V2K Multi Canal. También contamos con soporte de tecnologías capaces de administrar elementos de forma masiva este se describe en el 3GPP TR 22.824 (MIoT).
También se incorporan nuevas herramientas de gestión de los NR para monitoreo en conjunto con la planificación y mejoras del plano RAT (SRAT) y agrega soporte para servicios a Redes Virtuales Privadas (VPN), según se describe en las especificaciones técnicas 3GPP TR 22.821.
Finalmente, se entiende que tal despliegue no puede ser real sin entidades coordinadoras a nivel público como privado, para cumplir con los requerimientos definidos. Algunas iniciativas que hoy se proyectan, es la Asociación Europea5G PPP (5G Infraestructura Public Private Partner ship) que trabaja entre La Comisión Europea y La Industria de Manufactura de Operadores de Telecomunicaciones (ICT), operadores de Servicios Instituciones y Asociadas que se fijaron 21 proyectos de Infraestructura lanzados en Bruselas en junio del 2017.
